[发明专利]下肢康复训练患者质量平衡器及方法

权利要求书

1.一种下肢康复训练患者质量平衡器，包括减重力产生机构（1）、钢丝绳（2）、定滑轮（3）、支架（4）、电动绞车（5）、动滑轮（6）、力传感器（7）、吊带（9）、跑步机（10）和控制系统，其特征在于所述减重力产生机构（1）与钢丝绳（2）的一端相连接；钢丝绳（2）的另一端通过两个定滑轮（3）和一个动滑轮（6）与电动绞车（5）相连接；两个定滑轮（3）和电动绞车（5）安装在支架（4）上；动滑轮（6）通过钢丝绳（2）与力传感器（7）一端相连接；力传感器（7）另一端通过钢丝绳（2）与吊带（9）相连接；吊带（9）可穿在患者（8）身上；跑步机（10）安装在支架（4）底部。

2.根据权利要求1所述下肢康复训练患者质量平衡器，其特征在于所述减重力产生机构（1）由电机（11）、电机连接板（12）、联轴器（13）、轴承座（14）、丝杠螺母（15）、滚珠丝杠（16）、安装底板（17）、耦合器（18）、编码器（19）、导向轴支座（20）、导向轴（21）、直线轴承（22）、限位开关（23）、钢丝绳连接板（24）、拉伸弹簧（25）和弹簧支座（26）组成；所述电机（11）安装在电机连接板（12）上，通过联轴器（13）驱动滚珠丝杠（16）转动，实现钢丝绳连接板（24）的直线运动；所述电机连接板（12）通过内六角螺钉安装在安装底板（17）上；所述滚珠丝杠（16）安装在两个轴承座（14）上；所述滚珠丝杠（16）的另一端通过耦合器（18）连上编码器（19），用于检测滚珠丝杠实际转动的角度；所述编码器（19）连接在轴承座（14）其中一个上；所述两个轴承座（14）通过内六角螺钉安装在安装底板（17）上；所述滚珠丝杠（16）上的丝杠螺母（15）连接在钢丝绳连接板（24）中部；所述钢丝绳连接板（24）两端固接有两个直线轴承（22）；该两个直线轴承（22）分别套在位于滚珠丝杠（16）两旁的两个平行导向轴（21）上；该两个导向轴（21）安装在四个导向轴支座（20）上；所述四个导向轴支座（20）通过内六角螺钉安装在安装底板（17）上；钢丝绳连接板（24）两端偏中位置上还固接有两个弹簧支座（26）用于连接两个拉伸弹簧（25）一端；该两个拉伸弹簧（25）位于电机（11）的两侧；所述两个拉伸弹簧（25）的另一端连接在两个安装在安装底板（17）的弹簧支座（26）上；该安装底板（17）一个侧面安装有两个限位开关（23），用于确定钢丝绳连接板的初始位置和防止钢丝绳连接板做直线运动时超出移动范围。

3.根据权利要求1所述下肢康复训练患者质量平衡器，其特征在于所述控制系统在医护人员设定好需要的减质量后，工控机（32）通过控制程序发出关于重心轨迹的指令信号，并经过运动控制卡（31）输出电机控制量到电机驱动器（29）中，电机驱动器（29）控制电机（11）实现吊带跟随患者重心运动；与此同时工控机（32）通过串口（27）发送指令实现跑步机（10）的同步协调运动；工控机（32）通过数据采集卡（30）实时采集力传感器（7）的信号，即实际的减重力，反馈到控制器中，通过与根据所需的减质量、重力加速度和重心加速度计算出的减重步行训练过程中各时刻所需的减重力进行比较，实现恒质量减重控制，并将当前的训练时间、重心轨迹、实际的减质量和减重力等信息显示在人机界面（33）上。

4.根据权利要求3所述下肢康复训练患者质量平衡器，其特征在于所述控制系统采用基于位置跟随的力反馈闭环控制，其具体控制方式是：将减重步行训练时用到的参考重心轨迹输入到PD位置控制器中，控制器将角度信号和角速度信号转换成相对应的模拟电压信号发送给电机驱动器（29），再由电机驱动器（29）控制电机（11）的转动，实现下肢康复训练患者质量平衡器的减重效果，与此同时力传感器（7）将实际的减重力反馈到工控机（32）中，通过与需要的减重力进行比较，再由工控机（32）发出关于角度信号和角速度信号的修正量，实现闭环控制。

5.一种下肢康复训练患者质量平衡方法，采用根据权利要求1或4所述下肢康复训练患者质量平衡器进行平衡，其特征在于具体操作步骤如下：

1）患者（8）在医护人员的帮助下穿戴好吊带（9），在跑步机（10）上就位；

2）医护人员长按电动绞车（5）控制按钮，通过吊带（9）逐渐将患者吊起，直至患者在跑步机（10）上完全站立起来；

3）医护人员启动减重器的控制系统，根据患者的训练情况通过键盘输入控制参数：训练时间和减质量大小；

4）医护人员通过鼠标点击的初始化按钮，电动机根据设定好的减质量调节弹簧（25）长度，钢丝绳连接板（24）到达初始位置，紧接着电动绞车（5）开始调节钢丝绳（2）的长度，直至患者（8）受到的减重力达到所设定减质量对应的初始减重力；

5）医护人员通过鼠标点击操作界面上的训练按钮，减重力产生机构（1）和跑步机（10）同时启动开始训练，直至训练时间结束，或医护人员按下停止按钮，训练结束。